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开关电源应该如何选择电解电容?

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发表于 2017-4-26 20:44:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
关键词: 电解电容 , 开关电源
开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约,而电解电容的寿命取决于其内核温升。本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面,对电解电容作了全面的分析。
纹波电流产生的热量引起电容的内部温升,加速电解液的蒸发,当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时,预示着电解电容寿命的终结。通过检查电容器上的纹波电流,可预测电容器的寿命。本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例,重点从纹波

电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。
1、纹波电流计算
假设已知连续工作模式的反激变换器,其输出电流Io为1.25A,纹波率r为1.1,占空比D为0.62,开关频率为60kHz,由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。
2、电解电容选型
由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A,综合考虑体积和成本,选择了纹波电流为1.655A的电解电容。
该纹波电流需在电源开关频率下选择,如下图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子,不同频率下的纹波电流不同。高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流,本设计开关频率为60kHz,频率因子为0.96~1之间,在此取1即可。
  3、纹波电流实测
测试电解电容纹波电流时,需将电容引脚穿入电流探头中,通过示波器可读得交流有效值。本设计实例的纹波电流测,示波器读得有效纹波电流为1.64A,与理论设计接近。因此理论计算具有较大的工程指导意义。
  4、温度测试方法
测量容体表面温度Ts:需在电容器侧面的中间位置进行,如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定,需综合测量电容器表面4个点的温度,再取平均值。
测量环境温度Tx:热电偶需放置在离铝壳表面20毫米左右处,如果空间不足,则保持最小10毫米距离,如果由于外部影响导致附近环境温度不均匀、不稳定,则需综合测量4个点以上的温度,再取平均值。
5、电解电容寿命估算
本设计,选择的电解电容为-40~105℃、5000小时、1.655A纹波电流的高频低阻电解电容,最高实测环境温度Tx为80℃,壳体表面温度Ts为85℃。当由于环境因素影响,Tx不易获得时,可用Ts替代,这可以进一步提供安全余量保证产品售寿命。

综上,开关电源在对电容选材上面要求还是比较严格的,选材的好坏决定着一个电源使用寿命的时长,另外,其他方面也会影响着开关电源寿命,如工艺水平,电感等都有一定的影响。
文章来源于:村田电容
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